Nanotecnología en la rehabilitación de suelos

degradados y contaminados

Rogelio Carrillo GonzálezMéxico

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EdafologíaQuímica de suelos y ambiental

• Nanotecnología• Escala nano• CCG-Degradación de

suelo• Aplicaciones•Prevención•Descontaminación

• Conclusiones

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Contenido

There's Plenty of Room at the Bottom.R. Feynman, 1959

Nanociencia y nanotecnología

• Entender y controlar la materia a escala menor a 100 nm

• 1nm = 0.000000001 m• Nanopartículas (NPs) =

tienen al menos 2 dimensiones con tamaño < 100 nm

• Nanomateriales (NMs) = tienen al menos un dimensión con tamaño < 100 nm

3

¿Qué tan grande es nano?

4

Nanopartículas• NPs En forma

natural– Vulcanismo– Fuegos – Erosión– Acción de olas

Exposición natural a NPs

• NPs sintéticas– Combustión de

carbón– Combustión

petróleo y derivados

– Intemperismo de materiales (llantas de auto)

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Ingeniería: Nanotecnología• Síntesis materiales a escala Nano se ha

incrementado porque los nanomateriales se comportan de manera distinta

Granel NanoSi Aislante ConductorCu Maleable y

dúctilRígido

TiO2 Color blanco Sin colorAu Inerte Reactivo

6

CdSe2 6 nm

7

Tomalia, 2009

Sánchez et al., 2011

Carrillo, 20098

Suelos degradación física

Pérdida de capa arableCapas infértiles•Baja retención de humedad•Baja CIC: nutrientes•Fijación de Fósforo•Toxicidad por Al

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14% de suelos erosionados en Sudamérica

15% en México

Contaminación por hidrocarburos

Residuos generados por refinación y petroquímica anual, PEMEX.Desperdicios Mg/añoSólidos 4 250Semisólidos 1 532 550Líquidos 163 200Residuos peligrosos

221 000

Residuos reciclados

1 700

Residuos c/uso potencial

187 000

Fuente: Saval, 1995

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51 sitios contaminados con hidrocarburos en México (SISCO, 2012) > Incidencia de

enfermedades

Contaminación: metales y metaloides

• > 580 sitios con residuos• 82 residuos de minería• > 6 millones toneladas por mes• > 6 zonas: agua con As

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Riesgos Exposición directa Cadena alimenticia

Cd, Cu, Pb, Zn, Ni, Be, Hg, Co, Cr, Sb, Tc, Ta

As, Se, V

¿Cómo puede auxiliar la Nanotecnología?

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Prevención• Miniaturización de bienes de consumo: – disminución de materias prima, –menor consumo de energía (ahorro $100 b/a)

–menor producción de residuos (ahorro $200 b/a)

• Tecnología más eficiente• Marzo 2011 había más de 1300

productos en el mercado a base de Nanotecnología

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Acondicionar: formación de suelo, uso eficiente plaguicidas, aportar nutrientes

NMs: zeolita porosa, arcillas, poliester, humus

• Alta capacidad de absorber iones y agua

• Retención de nutrientes: fosfatos, nitrógeno de lenta liberación– nanoesferas, – NCs, – soluciones de NPs)

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Delgadillo, 2012

Descontaminar

Efluentes• Producen > 60 m3/seg• Metales (Cd, Pb, Ni)• Metaloides (As, Se, V)• Hidrocarburos recalcitrantes• Colorantes, fármacos, antib.• Alto costo de tratamiento• Una fracción es tratada

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Remoción de metales por adsorción

• Hg por NPs-Au-citrato• As en NPs Fe3O4

• Mo en Fe2O3

• Cr en TiO-Ag• Pb en NPs de Ti

16Sánchez et al., 2011

Reducción química de:• Tetracloroetano en NPs de

FeS• Cromato, As5+, U4+, Se4+

sobre NPs de Fe 0

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Fe0 CrO42 4H2O Cr(OH)3(s) Fe(OH)3(s) 2OH

Xu y Zhao, 2007 Liu y Lal, 2012 Mu et al ., 2012

Remoción del 99% de As sobre Fe-polimero, según la Universidad de Brighton , Cundy, 2008

Oxidación y fotocatálisis

o Halogenuros

• Carbofuran y azul de metileno en ZnO

• Atrazina en TiO2

• Dicloroetano en TiO2

Zhang et al 2011, Tungittiplkorn et al ., 2004, Zhang 2006 18

Fe0 RCl H2O Fe2 RH Cl H2O

C2Cl4 4Fe0 4H C2H4 4Fe2 4Cl

Oxidación de lindano

Secuestro: contaminantes del suelo

• Adsorbentes en solución• Lixiviación del suelo • Extracción de

contaminantes• Estabilización• Tratamiento ex situ

19Cundy et al., 2008Sánchez et al., 2011

¿Hay Riesgos?

Conclusiones

• Nanotecnología es alternativa para ayudar a rehabilitar suelos

• Reducción química, adsorción de contaminantes; degradación orgánicos

• Mayor avance en captura y descomposición de contaminantes en solución, pero algunos experimentos muestran se puede aplicar a suelos para remover tóxicos.

• Se necesita escalar los procedimientos a casos reales y hacer el rastreo del destino de las NPs usadas en el procedimiento.

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Concentración

de quitosan

(%)

Concentración de acido

metracrílico (%)

Delgadillo, 2012